Fluent流体仿真理论与软件操作：从入门到精通

一、理论知识

1. 流体的性质

粘度、运动粘度

2. 研究方法

拉格朗日法：迹线

欧拉法：流线

3. 层流、湍流、 边界 层

层流：层与层之间没有干扰，没有能量传递。

湍流：相反。

判断是层流还是湍流，要判断雷诺数是否超过临界雷诺数，一般的层流的临结雷诺数为2000，湍流的雷诺数为8000-12000。

对于圆管，雷诺数公式为：

边界层是靠近壁面流动的很薄的液体层，液体流速差别大，一般用NS方程来描述。

液体中物体的阻力一般分为粘滞阻力（摩擦阻力）和压差阻力。

4. 湍流模型

Inviscid 无粘度计算

Laminar 层流模型

SA 适用于低雷诺数流动分离区的边界层计算

（1）直接数值模拟 DNS  

适用于较低雷诺数的湍流

（2）大涡模拟LES

对湍流脉动部分直接模拟

（3）雷诺平均NS模型（用于工程计算）

雷诺应力模式

涡黏性封闭模式

1）零方程模式：能确定压力、传热分布，但是对摩擦计算不准确。

2）两方程模式：

标准k-ε：稳定、效率、 精度  都较高的应用最广的一个模型。但是形成的湍流为均匀的。

可实现k-ε：适用于旋转流、梯度流的边界层和分离流的计算。或者复杂流。

低雷诺数k-ε：改进过后的，考虑旋转、速度梯度大的流场。

（4）雷诺应力模型

适用于雷诺应力具有各向异性的特点时才必须使用。

5. 求解方法

（1）SIMPLE 稳定性好，计算速度快。

（2）SIMPLEC 常用于非定常计算，也可用于定长计算。可进行长步长计算，而时间步长较短时，计算时间长。

（3）PISO 可以处理网格畸变较大的模型。

松弛因子设计：复杂计算中，如果出现振荡、发散的情况，可以适当减小松弛因子的值。

6.赋值初始化

   a. 混合初始化：
Fluent 默认设置；

   适用于稳定单项流；

   所赋初值来源于边界条件设置

   计算时：默认迭代次数10次，至10e-6截止；

   b.标准初始化：

   适用于瞬态/多相流；

   所赋初值来源：手动赋初值；设置某一边界条件；all zone 平均；

   c.FMG初始化：

   适用于旋转机械、扩张管、螺旋管流动；

   赋初值过程：先标准初始化->solve->initialize->set-fmg-initialization

   补充：

   1）对湍流流动，FMG前需要标准初始化，且此时需要设置较准确地湍流参数，（湍动能K，湍流耗散率e），此参数需自己根据入口/全局平均值进行计算；

   使用限制：不能用于瞬态计算，不会计算湍流及其他标量输运方程；不能用于多相流计算；

   2.patch（补丁）初始化

   patch之前需要先初始化

二、仿真操作步骤

1. 建模
2. 网格
3. General检查网格、尺寸单位、重力（-z）、瞬态稳态
4. Model湍流模型
5. Material Cell材料设定、单元区域条件
6. Boundary边界条件（出入口，湍流强度和水力直径，壁面粗糙度，壁面运动旋转）
7. Dynamic Mesh动网格（内壁运动、网格尺寸设置）
8. Reference Values参考值（检查一下）
9. Initialization初始化
10. Results云图矢量图设置（新建面、总压、颜色尺度条范围）
11. Monitors监控窗口（注意窗口号、非系数）
12. Animations动画窗口（保存为图片格式、图片视角，存储位置）
13. Calculation自动保存——计算设置（步长步数）——计算
14. Results云图矢量图、绘图
15. CFD-Post:定义表达式、绘图
16. 新项目：动画图片保存位置、颜色刻度范围、reortfiles（改不了）、其他主要条件参数、计算参数(V5: 0.2*50, V10: 0.1*50, V20:0.05*50)

三、参数化设置

1. 几何参数化
2. 流体边界条件参数化

3. 输出参数化

4. 参数管理

四、小技巧和报错处理

1. FLuent中的参数要去掉单位，需要除以单位。

2. 重复利用边界条件，不用再重新设置边界条件的两种方法：

（1）TUI命令

file/write-bc和file/read-bc

（2）GUI操作

导入初始网格进行所有设置完毕后，保存case与 data  文件。

【File】>【Read】>【mesh】弹出图3所示的面板。

注意图中的选择，千万别用默认的第一个，否则如果你没有保存的话就悲催了。

选择Replace mesh之后，点击 Continue  即可导入新msh文件，这样边界数据会自动写入到新模型文件上。
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